带肋冷弯薄壁方钢管混凝土柱滞回性能研究

对3根带肋冷弯薄壁方钢管混凝土柱进行滞回试验,主要参数为轴压比。试验结果表明：纵向加劲肋有效延缓了钢管壁局部屈曲的发生;其滞回曲线饱满,具有良好的耗能能力;随着轴压比的增大,柱承载力略有增大,而延性、耗能能力则明显减小;当横向位移大于6倍的屈服位移时,大轴压比的刚度退化速度最快。建立了该类试件的有限元模型,对比可得有限元模拟结果与试验结果吻合较好。基于有限元模型对该类构件开展机理分析和参数分析。结果表明：在带肋冷弯薄壁方钢管的约束下,核心混凝土的强度得到了较大提高;钢管局部屈曲发生在峰值荷载后,局部屈曲只发生在纵向加劲肋和钢管角部间;材料强度、轴压比、钢管宽厚比和长细比等参数对该类构件的承载力有较大影响;混凝土强度、轴压比和长细比对荷载-位移骨架曲线形状有较大影响。基于参数分析建议了该类构件的简化滞回模型,简化计算结果和有限元计算结果吻合较好。     

复式薄壁方钢管混凝土长柱轴压稳定性能研究

设计制作了8根复式薄壁方钢管混凝土轴压长柱试件,通过试验,研究了长细比和截面类型对复式薄壁方钢管混凝土轴压长柱承载力的影响。试验发现:构件的承载力随着长细比的增大而下降;内置圆钢管高强混凝土后组合柱的承载力提高了33%;内置空钢管后构件的承载力下降了约14%;实心复式薄壁方钢管混凝土柱具有较高的剩余承载力和延性。基于ABAQUS软件和相关的本构模型,建立了复式薄壁方钢管混凝土轴压长柱的有限元模型,有限元计算结果与试验结果吻合良好。基于该有限元模型进行受力性能影响因素分析和参数分析。分析表明:焊接残余应力和钢管弯角效应对轴压承载力的影响均小于1.5%,且二者相互抵消,受力分析时可以忽略;实心复式薄壁方钢管混凝土长柱的稳定系数随着内钢管屈服强度、混凝土强度或径宽比的增大而减小。提出了复式薄壁方钢管混凝土长柱轴压承载力的简化算式,计算值与实测结果吻合较好。     

复式钢管混凝土外加强环板节点抗震性能试验研究

外加强环板节点构造简单、传力路径明确,是目前比较成熟且被广泛应用的钢管混凝土结构节点,针对复式钢管混凝土柱设计了其与H型钢梁连接的外加强环板节点,对9个复式钢管混凝土外环板节点试件和1个单钢管混凝土对比节点试件进行了低周往复荷载试验,以轴压比、外环板宽度、梁柱线刚度比以及锚固腹板是否加肋作为主要变化参数,研究了新型节点破坏形态、破坏机制、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力及强度刚度退化等性能。试验研究结果表明:梁柱线刚度比小的节点试件易形成梁端弯曲破坏形态,而梁柱线刚度比大易形成柱端压弯破坏形态;复式钢管混凝土外环板强度和刚度退化均匀、持续、稳定,表现出了良好的耗能能力和变形能力,抗震性能较好;轴压比增大可提高节点试件初始刚度;环板宽度增加可提高节点的延性;锚固腹板加肋可提高节点的承载力。     

钢管约束钢筋混凝土压弯构件滞回性能试验研究与分析

进行了4个圆钢管约束钢筋混凝土(CTRC)和4个方钢管约束钢筋混凝土(STRC)压弯构件滞回性能的试验研究,并进行了两个钢筋混凝土(RC)对比试件的试验研究。试验中的主要参数为轴压比(0.34、0.65和0.80)和混凝土强度等级(C30和C60)。试验结果表明,由于钢管对核心混凝土的有效约束,核心高强混凝土柱的承载力、延性和耗能能力得到了显著提高。随轴压比和混凝土强度的提高,CTRC压弯构件的受弯承载力提高;但轴压比和混凝土强度对试件的延性无明显影响。随轴压比和混凝土强度的提高,STRC压弯构件的受弯承载力提高,但延性下降。相同轴压比条件下,CTRC压弯构件的受弯承载力和延性明显优于STRC构件。根据试验结果,建议了钢管约束钢筋混凝土柱截面受弯承载力的计算方法。建立了钢管约束钢筋混凝土压弯构件的纤维模型数值计算方法,计算中采用随荷载的增加而不断增大钢管对核心混凝土的约束效应的方法,数值计算结果与试验结果吻合良好。     

钢骨-钢管混凝土柱抗震性能试验研究

了解钢骨-钢管混凝土柱在低周往复荷载作用下的力学性能,为钢骨-钢管混凝土柱的推广应用提供依据.本文对5根构件开展拟静力试验并对试验结果进行了分析,得到不同轴压比和不同含骨率下的荷载-位移滞回曲线,并分析比较了轴压比和含钢率对构件耗能及延性的影响.结果表明,钢骨-钢管混凝土柱抗震性能良好,含骨率的增加和轴压比的减小都有利于试件承载力的提高;随着试验位移增大,试件累积耗能和等效粘滞阻尼系数都增大,表明试件耗能能力不断增大,如此就能有效地抵御地震作用,而且试件轴压比越小,含骨率越大试件的耗能能力越强;含骨率的增大可以减缓试件的刚度退化,轴压比的减小对减缓刚度退化影响显著;即使在高轴压比下钢骨-钢管混凝土柱仍能满足规范对抗震极限位移角的要求,试件延性系数随含骨率增大而增大,随轴压比的增大而减小.     

带肋薄壁方钢管混凝土柱抗震性能研究

对7根设肋薄壁方钢管混凝土柱进行了拟静力试验,研究了加劲肋设置数量、轴压比和长细比对试件的承载能力、延性和耗能能力的影响.同时使用ABAQUS软件对带肋薄壁方钢管混凝土柱进行了受力全过程分析,模拟结果与试验结论基本一致.研究结果表明:在达到承载力前,无肋试件已经发生鼓曲,鼓曲在达到承载力后迅速增大从而导致焊缝开裂,钢管对混凝土的作用未充分发挥时试件就已破坏.带肋试件由于加劲肋对外部钢管的拉结作用,延缓了试件局部鼓曲的发生,试件材料性能得以充分利用,因此带肋试件的承载力、延性性能和耗能性能均优于无肋试件,且随着加劲肋设置数量的增多,试件的受力性能也得到明显改善.     

中空夹层薄壁钢管混凝土短柱轴压性能研究

进行了9个轴压短柱的试验研究,考察空心率和径厚比对方套圆中空夹层薄壁钢管混凝土轴压短柱力学性能的影响。试验发现中空夹层薄壁钢管混凝土轴压短柱具有较好的延性和较高的承载力。接着对中空夹层薄壁钢管混凝土轴压短柱进行了数值模拟,数值模拟结果与实测结果吻合良好。机理分析表明:外钢管的约束效果主要集中在角部,纵向加劲肋可很好地提高外钢管的承载力。参数分析表明中空夹层薄壁钢管混凝土轴压短柱的承载力随着钢管屈服强度、混凝土强度或径厚比的增大而增大;构件的延性随着空心率的增大而增大。最终建议了中空夹层薄壁钢管混凝土轴压短柱承载力的简化计算公式。     

带肋薄壁方钢管混凝土柱抗震性能研究

对7根设肋薄壁方钢管混凝土柱进行了拟静力试验,研究了加劲肋设置数量、轴压比和长细比对试件的承载能力、延性和耗能能力的影响.同时使用ABAQUS软件对带肋薄壁方钢管混凝土柱进行了受力全过程分析,模拟结果与试验结论基本一致.研究结果表明:在达到承载力前,无肋试件已经发生鼓曲,鼓曲在达到承载力后迅速增大从而导致焊缝开裂,钢管对混凝土的作用未充分发挥时试件就已破坏.带肋试件由于加劲肋对外部钢管的拉结作用,延缓了试件局部鼓曲的发生,试件材料性能得以充分利用,因此带肋试件的承载力、延性性能和耗能性能均优于无肋试件,且随着加劲肋设置数量的增多,试件的受力性能也得到明显改善.     

设分配梁与内环板传力构造的巨型钢管混凝土柱抗震性能试验研究

针对7个按1∶5缩尺的设置分配梁加内环板传力构造的巨型钢管混凝土柱试件进行拟静力试验研究,考察了轴压比、长细比、管壁宽厚比及纵向T形加劲肋等因素对此类构件抗震新能的影响。研究结果表明,管壁宽厚比大于60的试件,在达到极限荷载之前（约为极限荷载的63%）发生管壁局部屈曲,延性较差;设置T形加劲肋可有效减小管壁宽厚比,提高管壁局部屈曲强度,改善试件的延性性能及耗能能力;试件位移延性系数随轴压比和试件长细比的增大而降低,刚度退化越明显;在低周反复荷载作用下,同时设置分配梁与内环板传力构造的钢管混凝土柱试件破坏时的位移角超过了规范规定的弹塑性层间位移角限值,满足抗震设计要求,且钢管与核心混凝土变形协调,相应的截面属性和压弯承载力可按平截面假定计算。     

带约束拉杆矩形钢管混凝土短柱抗震性能试验研究

为研究带拉杆约束矩形截面钢管混凝土短柱的抗震性能,以轴压比、约束拉杆间距和截面长宽比为主要参数,进行了4个无拉杆约束和11个带拉杆约束矩形钢管混凝土短柱试件的低周往复加载试验。研究了其破坏过程、滞回性能、承载能力、变形能力、刚度退化及耗能能力等,并基于数值分析给出了带约束拉杆矩形截面钢管混凝土短柱压弯承载力计算式。结果表明：钢管板件宽厚比为50和67、剪跨比为3的矩形截面钢管混凝土短柱的滞回曲线饱满,没有明显的捏缩;设置约束拉杆提高了试件的承载能力、变形能力及耗能能力;带约束拉杆试件的极限位移角在1/19~1/50之间,位移延性系数在3.28~6.25之间;破坏时的等效黏滞阻尼系数在0.3以上;增加轴压比降低了试件的延性;减小约束拉杆间距可明显改善柱的抗震性能;保持截面宽度不变,增加截面长宽比,可提高试件承载力,但延性降低。提出的带约束拉杆矩形截面钢管混凝土短柱的压弯承载简化计算式的计算结果与试验结果吻合较好。     

Experimental study of hysteretic behaviour for concrete-filled square thin-walled steel tubular columns

In this paper, the hysteretic behaviour of concrete-filled thin-walled steel tubular (CFTST) columns was investigated experimentally. The parameters in the study included the axial load level and steel tube section type. Nine CFTST columns, including six columns with a longitudinal stiffener on each inner face of the steel tube and three columns with a longitudinal stiffener on the two opposite inner faces of the steel tube, were tested under a constant axial load in addition to a cyclic lateral load. The effect of axial load level on the hysteretic behaviour (stiffness, ductility and energy dissipation) was studied. Experimental results indicated that the CFTST columns under an axial load level below 0.5 exhibited plump hysteretic loops with a slight pinching effect, better ductility and energy dissipation capacity. The displacement ductility decreases significantly with an increase in the axial load level. Columns with two steel tube sections had almost the same load capacity, whilst the ductility and energy dissipation capacity of columns with a longitudinal stiffener on each inner face of the steel tube was better than that of columns with two opposite stiffeners.     

斜向受力十字形钢管混凝土柱抗震性能试验研究

为研究十字形钢管混凝土柱在斜向受力下的抗震性能,以加载角度(0°和45°)、混凝土强度等级(C50和C70)、轴压比(0、0.25和0.5)以及是否设置加劲肋为试验参数,进行了9根十字形钢管混凝土柱在往复荷载作用下的试验研究,获得了柱的破坏形态、水平荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、延性、累积耗能、变形等特性,分析了不同参数对柱抗震性能的影响规律。并建立了十字形钢管混凝土柱的有限元模型,有限元分析结果与试验结果吻合良好。试验结果表明:十字形钢管混凝土柱具有较好的滞回性能,所有柱的位移延性系数均高于3.5;轴压比对十字形钢管混凝土柱的抗震性能影响较大,轴压比越大,柱承载力越低,刚度退化越快,延性和耗能能力也越差;随着混凝土强度的增加,柱承载力增加,轴压比较大时,混凝土强度越高,延性下降越明显;内部间断焊接加劲肋的柱比未设置加劲肋柱的承载力提高约8%,但延性和耗能能力提高不大;加载角度为45°柱的滞回性能稍优于0°的柱。     

Seismic behavior of L-shaped concrete-filled steel tubular columns with reinforcement stiffeners

制作了1根对拉钢筋加劲L形截面钢管混凝土柱试件和2根非加劲L形截面钢管混凝土柱试件,对其进行低周往复水平荷载作用下的滞回性能试验,考察对拉钢筋和轴压比对其抗震性能的影响规律。结合OpenSees有限元分析,研究其破坏模式和滞回性能,分析对拉钢筋的作用以及钢管对混凝土的约束作用。结果表明：对拉钢筋能有效限制钢板的局部屈曲以及阴角处钢管和混凝土的脱离,保证钢管和混凝土共同工作;轴压比从0.3增加到0.6时,非加劲L形截面钢管混凝土柱的耗能能力及延性均降低;相同轴压比下,相比非加劲L形截面钢管混凝土柱,对拉钢筋加劲L形截面钢管混凝土柱的破坏程度明显减轻,耗能能力及延性明显提高;有限元分析结果基本能反映试件在低周往复水平荷载作用下的抗震性能。     

不同冲击角度作用后的圆钢管柱滞回性能试验研究

为研究冲击作用后圆钢管柱的抗震性能,以冲击角度(0°、45°和90°)和轴压比(0.4、0.6和0.8)为设计参数,实施9个冲击作用后的圆钢管柱试件和3个未受冲击作用的对比试件的水平低周往复荷载试验,观察试件的破坏形态,获取试件的滞回曲线和骨架曲线。探讨了不同设计参数对试件的极限承载力、破坏模式、延性、刚度退化以及耗能等抗震性能指标的影响。试验结果表明：受冲击作用后的钢管柱的破坏位置均集中在柱底塑性铰区域,主要表现为柱底钢材的鼓曲和断裂;相比于未受冲击作用的钢管柱,受冲击作用后的钢管柱的滞回曲线饱满程度降低,延性和耗能能力显著下降,极限承载力和刚度有所降低,但降低幅度不大;冲击角度主要影响钢管柱的延性和耗能能力,对钢管柱的极限承载力和刚度影响较小;轴压比对钢管柱的滞回性能影响显著,随着轴压比的增大,试件的极限承载力降低,刚度退化更快,延性和耗能能力显著降低;为保证钢管柱具有足够的延性和耗能能力,应严格控制其轴压比。     

轴向往复荷载作用下钢管混凝土柱抗震性能试验研究

为了探究斜交网格结构体系中外筒斜柱的破坏机制,对8个钢管混凝土柱和2个钢管柱试件进行了轴向往复加载试验,研究加载路径、长径比、混凝土强度和含钢率对其抗震性能的影响,分析了钢管混凝土柱的破坏机制、破坏形态和滞回性能,并讨论了钢管与混凝土间的相互作用。结果表明：轴向往复荷载下钢管混凝土柱的破坏均由钢管断裂引起,核心混凝土整体保持完好,只在钢管屈曲处存在混凝土压碎现象;相比于空钢管柱,钢管混凝土柱受拉时混凝土对钢管的支撑作用,以及受压时钢管对混凝土的约束作用,保证了其具有更高的承载力、变形能力和耗能能力;钢管混凝土柱在轴压和轴拉荷载下的抗震性能存在显著差别,在轴拉荷载下具有更好的延性和耗能能力,而在轴压荷载下具有更高的承载力和刚度。钢管混凝土柱屈服后钢管对混凝土的约束作用持续增强,并当钢管纵向应变达到8×10^-3时,不同参数对其约束效应的影响达到最大。     

变截面钢管混凝土格构柱抗震性能试验研究

为研究变截面钢管混凝土格构柱的抗震性能,以缀管布置形式和柱肢倾斜度为试验参数,对7根变截面钢管混凝土格构柱进行了水平低周反复荷载试验,分析了该类柱的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能、承载力退化、刚度退化和变形恢复等。研究结果表明：变截面钢管混凝土格构柱试件的破坏形态基本相同,均为整体压弯破坏;滞回曲线较饱满无明显捏缩,具有良好的抗震性能;随着柱肢倾斜度的增大,格构柱的水平承载力和耗能能力有一定程度提高,刚度退化率略有增加。缀管布置形式对格构柱位移延性的影响较大;与平缀管式钢管混凝土格构柱相比,斜缀管式钢管混凝土格构柱的初始刚度和水平峰值荷载明显增大,耗能能力略有降低,承载力退化更为明显。     

拉筋接触方式对高轴压比钢管混凝土柱抗震性能影响试验研究

高轴压比下的钢管混凝土柱抗震性能较差,端部拉筋能够有效提高钢管混凝土柱的抗震能力,但拉筋与钢管壁焊接施工困难,不利于工程应用。为了研究拉筋笼与钢管壁间接触方式对钢管混凝土柱整体抗震性能的影响,通过对2个圆形和4个方形截面高轴压比端部带拉筋的钢管混凝土柱进行水平低周往复荷载作用下的试验研究,分析不同接触方式对其破坏形态、滞回耗能能力、骨架曲线、弹性刚度、承载力、延性系数、刚度退化和残余变形率的影响规律。结果表明：拉筋笼与钢管内壁焊接能够加强拉筋和钢管对混凝土的约束作用,从而增加构件的整体刚度。同时,塑性铰处钢管鼓曲幅值与局部屈曲长度明显降低,因此获得了更高的弹性刚度、承载力和滞回耗能能力;外径尺寸和其他设计参数相同时,常用拉筋笼约束方式下方钢管混凝土柱比圆钢管混凝土柱具有更大的抗弯刚度、承载力和塑性耗能能力,且破坏时始终表现为塑性压铰,而带拉筋圆钢管混凝土柱在破坏后往往由塑性压铰转变为拉铰。     

钢筋加劲T形截面钢管混凝土柱抗震性能试验研究

制作4根钢筋加劲的T形截面钢管混凝土柱、1根非加劲T形截面钢管混凝土柱和1根T形截面钢筋混凝土柱试件,对其进行低周往复水平荷载作用下的滞回性能试验,研究其破坏模式和滞回性能,分析钢筋加劲肋的作用机理以及钢管对混凝土的约束作用。结果表明：相比T形截面钢筋混凝土柱,T形截面钢管混凝土柱破坏程度有明显减轻,刚度、承载力以及耗能性能均有明显提高;钢筋加劲肋能有效限制钢板局部屈曲和阴角处钢管与混凝土脱离,保证钢管和混凝土共同工作,对拉钢筋加劲肋相对锯齿形钢筋加劲肋的效果更加显著;含钢率较高的钢管混凝土柱承载力更高,耗能能力更好;轴压比从0.2增加到0.4时,钢筋加劲的T形截面钢管混凝土柱的承载力增大,延性降低。     

方形复合不锈钢管混凝土柱滞回性能研究

方形复合不锈钢管混凝土柱是一种新型组合构件,具有广阔应用前景,为研究其滞回性能,以轴压比(005、03和06)、内外管尺寸比(042和067)、柱类型(复合不锈钢管混凝土、中空夹层不锈钢管混凝土、不锈钢管混凝土)为主要参数进行8个压弯试件在往复荷载作用下的试验研究,建立方形复合不锈钢管混凝土柱滞回性能分析的有限元模型,考察各参数对侧向荷载 位移骨架线的影响规律。研究结果表明：方形复合不锈钢管混凝土柱的滞回曲线较为饱满,且比中空夹层不锈钢管混凝土柱和不锈钢管混凝土柱具有更高的极限承载力、延性和塑性耗能能力。随着外管屈服强度、夹层混凝土抗压强度的增加或者外管宽厚比、轴压比、长细比的减小,方形复合不锈钢管混凝土柱极限承载力显著增加,随着内外管尺寸比的增加或者内管径厚比的减小,极限承载力有所增加,但增加幅度不大。多数情况下,方形复合不锈钢管混凝土比复合普通钢管混凝土极限承载力高2%～20%。